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==Enrichissement sémantique d'une architecture orientée Web service==
https://ceur-ws.org/Vol-547/128.pdf
Enrichissement sémantique d'une architecture orientée
Web service
1 2 3
A.Boubekeur , M. Malki , A.Chouarfia
1
Département d'Informatique Université de Tiaret, Algérie Boubakeur@univ-tiaret.dz
2 Laboratoire EEDIS, Département d'Informatique, Université de Sidi Bel-Abbes, Algérie
Malki_m@univ-sba.dz
3 Département d'Informatique Université USTO-Oran, Algérie Chouarfia@univ-usto.dz
Résumé. L'orientation service est un paradigme qui permet l'unification dans
les approches d'intégration des systèmes d'information. Il inclut l’intégration
des données de part la description sémantique des données manipulées par les
services. Cette intégration « implicite » des données est plus souple vu le
nombre limité des concepts utilisés par les services. Ceci nous a donc conduit à
proposer une architecture visant d’une part, à réduire la complexité dans le
développement et l’intégration des ontologies de domaine. Et d’autre part à
assurer la découverte et l’invocation automatique des services. Cela en intégrant
des ontologies sans apporter de changements majeurs dans le mode de
fonctionnement des web services (http, soap…). Ce travail offre donc une
architecture qui représente une étape vers la satisfaction de cette
automatisation à travers les web servies sémantiques sans avoir à redéfinir
l’ensemble du système d’information.
Mots clefs. Web service semantique, goal, médiateur, WSMO, WSDL, SOA,
intégration
1 Introduction
De nos jours les informations échangées sur le web deviennent de plus en plus
importantes. La recherche d’information est alors imprécise et lente. Le langage
commun XML renforcé par les méta-données s’est montré insuffisant. Pour satisfaire
le nombre énorme d’utilisateurs, il est nécessaire d’introduire la notion de sémantique
des données. Ce qui a donné naissance au projet du web sémantique appelé aussi
« web 2.0 ». Le web 2.0 utilise les outils de l’Intelligence Artificielle (IA) notamment
ceux de l’Ingénierie de la Connaissance (IC), parmi lesquels on retiendra les
ontologies.
Par ailleurs, des recherches ont permis l’ajout d’un niveau fonctionnel au web. Les
services web satisfont l’interopérabilité à ce niveau. Les travaux montrent que cette
dernière est insuffisante. Il faut donc une annotation sémantique explicite pour
parfaire l’interopérabilité. Une fois de plus les ontologies seront utilisées.
L'intégration sémantique des applications est un domaine de recherche très actif. Il
peut concerner aussi bien l'intégration par les données que celle par les traitements.
L’intégration sémantique par les données nécessite le développement d’ontologie
volumineuse, lourde à concevoir. Du fait qu’au niveau des données le nombre de
concepts à prendre en compte est énorme. Une analyse plus fine permet de déduire
que l'orientation service peut constituer un élément fédérateur pour l'ensemble des
deux approches. En effet, l'orientation service est un paradigme qui permet
l'unification dans les approches d'intégration des systèmes d'information. Il inclut
l’intégration des données de part la description sémantique des données manipulées
par les services. Cette intégration « implicite » des données est plus souple vu le
nombre limité des concepts utilisés par les services. Ceci nous a donc conduit à nous
focaliser principalement sur les services web sémantiques, qui constituent l'un des
moyens les plus efficaces pour mettre en œuvre l'intégration sémantique des systèmes.
Nous proposons donc une architecture pour l'enrichissement Sémantique de
l’Architecture SOA. Elle vise d’une part, à réduire la complexité dans le
développement et l’intégration des ontologies de domaine. Et d’autre part à assurer la
découverte et l’invocation automatique des services. Cela en intégrant des ontologies
sans apporter de changements majeurs dans le mode de fonctionnement des web
services (http, soap…). Notre objectif est de passer d’un système interoperable via les
classiques web services vers un système interoperable via les services web
semantiques sans avoir à redéfinir l’ensemble du système d’information.
La section 2 de ce papier présente l’état de l’art des différentes approches visant à
satisfaire l’intégration des systèmes d’information. L’objectif est une étude
comparative de ces approches. La section 3 présente notre architecture ou apparaît la
1
spécification et la description sémantique du cas AVV . Et enfin La dernière section
fait une comparaison de notre travail avec des travaux existants et des suggestions de
conclusion pour le futur.
2 Etat de l’art
L'intégration des applications d'entreprise peut intervenir au niveau de plusieurs
2
couches et principalement: au niveau des données et des traitements . Cela demeure
également valable dans le cadre des approches d'intégration sémantique, et en
particulier dans le cas des approches d'intégration basées sur les ontologies [8].
Quelle que soit la couche retenue, il est possible de caractériser les approches
d'intégration à travers trois activités principales, qui sont les plus pertinentes, et qui
sont comme suit [7]:
Description: est l'activité qui permet de décrire sémantiquement les aspects du
système d'information;
Découverte: est l'activité qui permet de rechercher les informations et les
fonctionnalités qui peuvent être fournies par le système;
1 Agence de voyage virtuelle : Il s’agit d’un cas d’utilisation proposé par le W3C.
2 Certains auteurs parlent aussi de l’intégration au niveau des processus. A notre point de vue
ce niveau est inclut au niveau traitement.
Composition: est l'activité qui permet de comparer et de combiner des
informations, des fonctionnalités et des processus.
L'intégration sémantique des applications au niveau des données consiste à définir
une ou plusieurs ontologies permettant de décrire la sémantique du domaine. Ces
ontologies sont utilisées dans des mécanismes de conciliation et d'unification de la
sémantique afin de résoudre les conflits sémantiques liés aux données échangées et/ou
manipulées par les applications. De telles approches sont souvent appelées par la
communauté des bases de données approches de médiation de contexte [2]. La
resolution de conflits se base généralement sur des mécanismes de classification et de
comparaison d'entités d'ontologies.
En ce qui concerne l'intégration sémantique des applications au niveau des
traitements, il existe principalement les travaux basés sur les services Web
sémantiques [10], [9], [3]. La notion de service Web sémantique a pour objectif de
combler certaines lacunes des Services Web traditionnels liées à la prise en compte de
l'aspect sémantique. Les initiatives les plus pertinentes autour du concept de Service
Web sémantique sont principalement : OWL-S [12], WSMF [5], [13], WSMO [15]et
METEOR-S [11], [4].
WSMO constitue une approche basée sur des fondements conceptuels issus de
WSMF pour la réalisation des services sémantiques. Elle est beaucoup plus orientée
utilisateur dans le sens ou elle permet d'offrir un langage très proche des utilisateurs.
De plus, l'une des caractéristiques les plus importantes est le fait qu'elle soit
compatible avec les standards web services (WSDL [14] en particulier). En effet bien
qu’elle utilise son propre langage, la notion de « Grounding » permet de définir des
mappings avec des entrées WSDL [14] ce qui suppose une intégration sans grande
peine avec un système SOA existant.
WSMF est un cadre générique pour la réalisation des services sémantiques. Il
constitue donc un Framework qui permet d'offrir beaucoup plus un cadre
méthodologique qu'une infrastructure opérationnelle.
OWL-S constitue une ontologie générique de services permettant principalement
de décrire les services web dans un cadre général. Elle est aussi compatible avec les
standards web services à travers le « ServiceGrounding » qui permettent de définir
des mappings entre OWL-S et WSDL. Son défaut majeur est l’absence
d’environnement d’exécution ce qui fait que la médiation des services reste encore à
implémenter.
METEOR-S constitue une approche basée sur l'extension de standards web
services tels que WSDL et UDDI [10]. Le principe d'enrichissement sémantique est
basé principalement sur l'utilisation des fichiers WSDL-S qui sont le résultat de
l'annotation sémantique de fichiers WSDL. Bien que cette approche repose sur des
standards, il n'en demeure pas moins qu'elle manque d'abstraction dans le sens où elle
constitue une approche plus proche du niveau d'implémentation que du niveau
conceptuel.
Nous pouvons retenir qu’OWL-S est une approche générique, basée sur le standard
OWL [8]. WSMF constitue beaucoup plus un cadre méthodologique. WSMO est une
approche orienté utilisateurs, basée sur le langage (Web Service Modeling Language)
WSML [15] combinant plusieurs logiques. METEORS-S est une approche
pragmatique mais qui manque d'abstraction. Il s'avère qu'aucune de ces approches
n'est complètement mature pour prendre en charge efficacement le processus de
3
sémantification . Toutes ces approches souffrent plus ou moins du manque de
méthodologies, du manque d'architectures flexibles pouvant décrire efficacement la
sémantique liée aux applications, et aussi du manque de maturité ou parfois même de
l'absence de mécanismes de description et de médiation efficaces. Cependant, au vu
de tous les éléments présentés dans cette section, l'approche WSMO est celle qui
présente le plus de maturité et d’abstraction. C'est la raison fondamentale qui nous
amène à nous baser sur cette approche (WSMO) comme fondement de base pour le
travail mené dans le cadre de la « sémantification » d’un système SOA. Dans la
prochaine section nous exposons l’architecture ESASOA qui est la solution que nous
proposons pour satisfaire la prise en compte de la sémantique dans un système SOA.
3 Présentation de notre architecture
L'architecture que nous proposons est conçue pour opérer sur les descriptions
sémantiques selon le modèle conceptuel Web Services Modeling Ontology (WSMO).
Ces éléments sont décris en utilisant le Web Service Modeling Language (WSML).
La conception de l'architecture est guidée par quelques principes. Ces derniers
reflètent les exigences fondamentales d'un environnement distribué, orienté service et
centré sur l'utilisateur, suivant les indications de la figure (fig.1.).
Le principe orienté service représente une approche distincte pour l'analyse, la
conception, et l'implémentation. Elle introduit des principes particuliers qui
gouvernent les aspects de communication, de l’architecture et de traitement logique.
Cela inclut la réutilisation du service, le faible couplage et l’abstraction. Nous
distinguons, par ailleurs des services selon deux points de vue. En premier, nous
distinguons deux types de services selon les fonctionnalités qu'ils fournissent dans
l'architecture, à savoir les services métiers et services du middleware. Les services
métiers sont fournis par plusieurs fournisseurs de services. Ces services donnent accès
au S.I de leurs fournisseurs. Par ailleurs, les services du middleware sont les
orchestrateurs principaux de l'intégration et l'interopération des services métiers.
Aussi, nous distinguons deux types de services du point de vue de leur abstraction
dans l'architecture, à savoir les Web Services, et les services. Le Web Service est un
service général qui peut prendre plusieurs formes quand il est instancié (par exemple
réservation d’un vol) alors que le service est une instance réelle du Web Service qui
est consommée par un utilisateur et fournit une valeur concrète à l'utilisateur (par
exemple réservation d’un vol d'Alger à Oran). Nous utilisons cette distinction au
niveau des services métiers dans l'architecture.
Le principe de sémantique en général est considéré comme une description riche et
formelle de l'information et des modèles de comportements permettant
l'automatisation de certaines tâches au moyen de raisonnement logique. Combiné
avec le principe de l'orientation service, la sémantique permet la définition de
modèles de service riches et formels et des ontologies qui permettent l'automatisation
3
Nous empruntons les anglicismes 'sémantifier' et 'sémantification' pour désigner
respectivement l'action et le processus d'enrichissement sémantique des services.
totale ou partielle des tâches telles que la découverte du service, médiation,
invocation, etc.
Le principe de distribution est le processus d'intégration de plusieurs entités
informatiques collaborant pour l'exécution d'une tâche computationnelle de manière
transparente et cohérente, afin qu'elles puissent paraître comme un système unique et
centralisé. Le principe de distribution est appliqué au système du middleware de
l'architecture. Il peut être aussi appliqué aux services métiers qui permettent
l'exécution d'un processus à travers la composition de plusieurs services métiers
distribués sur le réseau.
Le principe "orienté utilisateur" met l'utilisateur au centre de l'architecture. Il fait
référence aux concepts comme la personnalisation des services métiers, faciliter
l'usage et la distribution du service, accomplir avec efficacité les objectifs des
utilisateurs, etc. L'architecture établit l'infrastructure qui au moyen de ses
fonctionnalités encourage le principe de l’orientation vers l’utilisateur dans la
fourniture du service.
Fig. 1. L'architecture proposée
Le middleware (IRS III), le noyau de l’architecture, se compose de :
SWS Library : Au centre du serveur IRS-III, nous avons une librairie SWS où
sont entreposées les descriptions sémantiques des services web qui sont faites
4
en OCML . Les ontologies du domaine sont aussi disponibles dans la
Librairie.
Choreography Interpreter : Ce composant interprète le grounding et les
transitions dans la description de la chorégraphie quand ils sont demandés par
le composant mediation handler.
Mediation Handler : Les activités d'IRS-III comme la sélection ou l’invocation
sont chacun supportée par un composant de médiation spécifique dans le
composant médiation handler. Ces activités peuvent impliquer l'exécution de
la médiation de service. Il facilite, lors de l’exécution, la médiation entre les
interfaces des différents services impliqués dans le processus en cours. Il est
utilisé lors des processus de découverte pour évaluer si la conversation entre le
service et son utilisateur est possible. Durant cette analyse il découvre les
éventuels conflits à résoudre par exemple le retrait d’un message s’il s’avère
non nécessaire.
Invoker : Le composant invoker du serveur communique avec la plate-forme
du fournisseur, en envoyant les entrées du client et en rapportant le résultat au
client.
Notre proposition est une solution aux problèmes de l’intégration sémantique en
ajoutant une couche abstraite supplémentaire dans l’architecture classique des web
services. C’est une architecture ouverte et extensible via l’ajout de nouveaux
composants. Elle ne révolutionne pas l’actuelle technologie des web services. Notre
architecture ne fait qu’apporter un enrichissement sémantique à la description des
services et des données qu’ils utilisent à travers l’intégration d’ontologies (fig.2.).
Fig. 2. Fonctionnement des WS dans notre architecture
4
Le langage OCML est une combinaison des frames et de la logique de premier ordre et
permet de représenter les concepts, la taxonomie des concepts, les relations, les fonctions, les
axiomes et les instances.
3.1 Approche de conception de l’ontologie de description de services
L'analyse des solutions d'intégration sémantique actuelles, et en particulier des
approches basées sur les services sémantiques, a montré un certain nombre de limites.
Elles concernent principalement les architectures des ontologies actuelles, le manque
de méthodologie pour définir les ontologies et les services sémantiques et enfin le
manque de maturité des mécanismes de description et de médiation de services.
Le problème de développement est résolu en utilisant une approche de
développement modulaire. En effet cette approche permet d’avoir une ontologie
complète à travers l’intégration de plusieurs modules. Cette intégration se fait en
établissant des relations entre les différents concepts. L’approche modulaire impose
certaines contraintes au développeur d’ontologie notamment le fait de se référer à une
ontologie unique dans leur conception: ontologie consensuelle [1].
Une telle approche de conception nécessite tout d’abord la recherche d’ontologies
formalisant les concepts génériques du domaine. Nous les appelons les ontologies de
niveau 1.
Nous importons les ontologies sources dans une ontologie nouvellement créée que
nous appelons « ontologie d’application ». Cette dernière contient l’ensemble des
concepts permettant de définir les données utilisées dans le système. Elle permet la
5
souplesse de l’ajout ou du retrait d’un service , assurant ainsi la flexibilité de
l’architecture. Les ontologies sources et l’ontologie d’application constituent les
ontologies de niveau 2. Le niveau 3 se compose d’une unique ontologie important
6
l’ontologie d’application et l’ontologie générique de description de service . La figure
(fig. 3.) donne les étapes de développement et la figure (fig. 4.) donne le schéma
général de modélisation en WSMO de notre cas d’utilisation issu d’une telle
conceptualisation.
Conception
Conception
Import/ Conception de
Axes de
réutilisation des l’ontologie
ontologie de l’ontologie
données d’ontologies ontologies de
d’applicatio
génériques sources description
n
de services
Import/
réutilisation de
WSMO
Axes
ontologie de
services
Fig. 3. Etape de conception de l’ontologie de services
5
A travers l’ajout ou le retrait de l’ontologie en question.
6
WSMO dans notre cas.
Une définition répandue de l’ontologie est donnée par [6] où une ontologie est
définie comme « spécification explicite et formelle d’une conceptualisation
partagée ». Dans WSMO, les ontologies fournissent une sémantique compréhensible
par la machine de l’information employée par tous les acteurs impliqués dans
l’utilisation des web services. Permettant, ainsi l’échange et l’interopérabilité des
composants. Les types de base d’une ontologie sont les concepts, les relations, les
fonctions, les instances, et les axiomes.
Nous définissons cinq ontologies à savoir algerianCitiesKb, nigerianCitiesKb,
malianCitiesKb, AfricanAirplaneTravelApplication,
AfricanTravelServicesDescriptions. Elles sont reliées aux trois ontologies
commonConcepts countryOntology et simpleTime qui sont des ontologies déjà
existantes.
Ontologie de base
Niveau 0
SimpleTime Niveau 1
WSMO
commonConcepts
CountryOntology
Niveau 2
algerianCitiesKb malianCitiesK nigerianCtiesK
b b
AfricanAirPlaneTravelApplication
Niveau 3
AfricanTravelServiceDescriptions
Fig. 4. Modélisation en WSMO du cas d’utilisation
3.2 Architecture de base de l’AVV
Dans le cas d’utilisation, l'AVV est le point central d'interaction entre le Client et les
autres Web services. Concernant les exigences technologiques, il est évident à partir
des descriptions du scénario de l'utilisation que les Web Services offerts par les
fournisseurs de service doivent être accompagner d'informations descriptives
suffisantes pour supporter l'utilisation automatique des Web Services et que l'AVV
doit fournir tous les mécanismes pour manier les Web services sémantiques.
L'architecture de base d'une telle AVV comme entité centrale pour l'exécution des
Web Services sémantiques est montrée dans la figure (fig. 5.). Les fonctionnalités
essentielles des AVVs orientés web services sémantique en considérant les exigences
de la technologie des web services sémantiques sont :
Fournir une interface utilisateur pour l’interaction avec le client (pour un
utilisateur humain ou une machine).
Découvrir les Web Services convenable pour une demande de l’utilisateur.
Invoquer les services externes.
Fournir un environnement d’exécution de Web Service Sémantique.
Traiter des ressources hétérogènes, donc tenir compte de la médiation appropriée.
Fournir des interfaces pour la coopération avec les fournisseurs de services.
L’AVV est une application B2C orientée SWS qui fournit un service à un
utilisateur finale qui suit un modèle client-serveur. Afin de supporter un
fonctionnement cohérent de l’AVV et assurer la compatibilité des descriptions de
Web Services aux services physiques, une plateforme générique pour les web services
sémantiques est nécessaire. Cela est fourni par ESASOA à travers WSMO. La
technologie web service sémantique peut être appliquée pour faciliter l’utilisation du
système (trouver l’AVV et accomplir son but (goal)) et pour l’AVV qui bénéficie des
descriptions sémantiques des services offerts par ses associés (fournisseurs de
services).
Fig. 5. Architecture de l’AVV
L'AVV de notre cas d’étude intègre les web services de quatre compagnies
aériennes différentes. En bref, elle permet à un client d'effectuer des réservations de
vol. L'AVV découvre et invoque les Web Services offerts par les compagnies
aériennes. Pour faciliter ceci, il peut y avoir donc un contrat dit du "parapluie" entre
les fournisseurs du service et l'AVV pour un usage régularisé et une allocation du
Web Service. La figure (fig. 6.) donne une vue d'ensemble (adapté de W3C Voyage
Agent Usage Cas Overvew).
Fig. 6. Vue d’ensemble du cas d’utilisation : Agence virtuelle de voyage
4 Conclusion
Nous avons mis en ouvre une architecture flexible d’intégration sémantique des
services. Elle est basée sur l’approche WSMO qui est, parmi les différentes approches
se proposant de résoudre l’intégration sémantique des services, la plus mature dans le
sens ou elle propose une conceptualisation dont la mise en œuvre est possible avec les
moyens actuelles.
Notre architecture repose sur quatre principes à savoir, elle est orientée services,
prend en compte la sémantique (à travers une formalisation explicite), est distribuée et
est orientée utilisateur. Le principe orienté service assure une flexibilité de
l’architecture et une intégration facile de plusieurs systèmes SOA. Le principe de
sémantique est dû à l’intégration d’ontologie dans le système. Le principe de
distribution assure l’évolutivité de l’architecture. Le principe d’orientation utilisateur
tient compte de l’utilisateur final à travers l’intégration d’une interface utilisateur.
Chacun de ces principes est fondamentale et permet la présentation d’une solution
applicable à un cas d’utilisation réel. Ceci constitue un premier apport de notre
architecture. Le second porte sur l’approche de développement des ontologies de
domaines. Nous avons adopté le développement modulaire qui est une méthode peu
exploitée dans les travaux actuels. En effet elle permet l’intégration des ontologies
lors de la conception (design-time) réduisant ainsi au maximum, voir le ramenant à
zéro, le nombre de mapping nécessaire pendant l’exécution (run-time).
L’application de notre approche porte sur la satisfaction du cas d’utilisation
proposé par le W3C. Il s’agit d’une agence de voyage virtuelle prenant en charge tous
les mécanismes nécessaires au processus de voyage. Elle offre la sémantique
nécessaire pour que l’utilisateur puisse au bout de quelques cliques s’assurer un
itinéraire tout en satisfaisant l’ensemble des contraintes collatérales (réservation de
billet, d’hôtel, de voiture…). Ce cas illustre parfaitement une application possible des
SWS. Notre application intègre les services proposés par trois agences de voyage.
Elle satisfait un premier niveau du cas d’utilisation.
Les SWS sont à la base de recherches actives. Cela dit bon nombre de ces
recherches sont au stade conceptuel. Nous avons recensé quelques travaux que nous
regroupons avec notre architecture dans le tableau comparatif dans table 1.
Dans cette première version de notre architecture ne prend pas en compte la
composition des services. La complexité du problème d’intégration sémantique des
services nécessite une approche incrémentale dans la conception de toute architecture.
Nous nous sommes limités aux seuls problèmes de découverte et d’invocation des
services. Différentes perspectives sont alors à envisager. Les travaux futurs porteront
sur les problèmes ajoutant un niveau de complexité à l’architecture telle que la
composition des services sémantiques et l’amélioration des interfaces utilisateurs à
travers l’amélioration du mécanisme de requête.
Table 1. Tableau comparatif de travaux de recherches
Travaux
Notre architecture PoliMi - DERI AT & FSU Jena9
Critères Cefriel7 DERI IE8
Approche
WSMO WSMO WSMO -
utilisée
Multi-ontologique Multi-
(Développement ontologique Multi-ontologique
Ontologie -
modulaire) (Langage (Langage DSD)
(Langage OCML) WSML)
Middleware
Orientée Oui Oui Oui Oui
service
Orientée
Oui Non Non Non
Utilisateur
Distribuée Oui Non Oui Non
Middleware IRS III SWE-ET WSMX DIANE
7
http://www.cefriel.it/
8
http://www.deri.at/
9
http://hnsp.inf-bb.uni-jena.de/DIANE
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